Rohstoffeffizienz supraleitender Systeme

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Monika Kruse
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1 Übersicht Rohstoffeffizienz supraleitender Systeme Dr. Michael Bäcker Deutsche Nanoschicht GmbH Heisenbergstr Rheinbach

2 Übersicht Supraleiter und Leistungsdichte Rotierende Maschinen im Vergleich Rohstoffverbrauch und kosten Ökobilanz (Life Cycle Assessment, LCA) Zusammenfassung

3 Supraleiter und Leistungsdichte 100-fach höhere Leistungsdichte: Stromdichte: Kupfer: 5 A/mm² HTS: A/mm² Querschnittanteil HTS ca. 1-2% des technischen Leiters

4 Supraleiter und Leistungsdichte 100-fach höhere Leistungsdichte: dramatische Reduktion des Rohstoffbedarfs

5 Supraleiter und Leistungsdichte 100-fach höhere Leistungsdichte: HTS Schicht (0,5 2 µm) YBa 2 Cu 3 O x,reba 2 Cu 3 O x Pufferschicht ( nm) MgO, ZrO, GZO, YSZ, Y 2 O 3, CeO 2, LZO, STO Metallsubstrat ( µm) Hastelloy, NiCroFer, Ni-Legierungen

6 Rotierende Maschinen im Vergleich Kupfer Etablierte Technlogie Permanent Magnete Geringere Baugröße Höhere Flußdichte HTS Geringste Baugröße Höchste Flußdichte

7 Rotierende Maschinen im Vergleich Von Kupfer- über PM- zu HTS-Rotoren Verringerung der Baugröße bei gleicher Leistung um einen Faktor von 2-5

8 Rohstoffverbrauch und -kosten Von Kupfer- über PM- zu HTS-Rotoren 8 MW Windkraftgeneratoren, Direktantrieb Typ Kupfer PM HTS Nennleistung 8 MW 8 MW 8 MW Drehzahl 11.5 rpm 11.5 rpm 11.5 rpm Effizienz 93 % 95 % 98 % Größe Durchmesser 11 m 7 m 3.8 m Länge 2.8 m 2.6 m 2.3 m Rohstoffe Kupfer 80 t 15.5 t 8 t Elektrostahl 330 t 150 t 70 t Seltene Erden 0 t 2 t (Nd, Dy) 0.02 t (Y, La, Ce, Gd) Quelle: Converteam SA / GE

9 Rohstoffverbrauch und -kosten Versorgung mit Rohstoffen insbesondere Seltenen Erden Versorgungssicherheit und Wichtigkeit Quelle: DoE

10 Rohstoffverbrauch und -kosten Versorgung mit Rohstoffen insbesondere Seltenen Erden Preisexplosion für Seltene Erden in 2010 / 2011

11 Rohstoffverbrauch und -kosten Versorgung mit Rohstoffen insbesondere Seltenen Erden Weitere Preisexplosion für Seltene Erden in 2011 / 2012 erwartet

12 Rohstoffverbrauch und -kosten Versorgung mit Rohstoffen insbesondere Seltenen Erden Versorgungssicherheit für Seltene Erden

13 Rohstoffverbrauch und -kosten Versorgung mit Rohstoffen insbesondere Seltenen Erden Versorgungssicherheit für Seltene Erden Strategie 1: Quelle: n-tv

14 Rohstoffverbrauch und -kosten Versorgung mit Rohstoffen insbesondere Seltenen Erden Versorgungssicherheit für Seltene Erden Strategie 2:

15 Rohstoffverbrauch und -kosten Versorgung mit Rohstoffen insbesondere Seltenen Erden Preisentwicklung für Seltene Erden 2011 / 2012 Höchststand Mitte 2011

16 Rohstoffverbrauch und -kosten Versorgung mit Rohstoffen insbesondere Seltenen Erden Preisentwicklung für Seltene Erden 2011 / 2012 Höchststand Mitte 2011 aber 3x höher als Mitte 2009

17 Rohstoffverbrauch und -kosten Versorgung mit Rohstoffen insbesondere Seltenen Erden Ähnliche Preisentwicklung für Kupfer mit geringerer Steigung Höchststand für Kupfer und Stahl ebenfalls Mitte 2011 Quelle: finanzen.net

18 Ökobilanz Life Cycle Assessment

19 LCA für Kupfer Ökobilanz Life Cycle Assessment

20 Ökobilanz Life Cycle Assessment Abbau und Gewinnung von Seltenen Erden

21 Ökobilanz Life Cycle Assessment Abbau und Gewinnung von Seltenen Erden Bayan Obo Mine, China

22 Ökobilanz Life Cycle Assessment Qualitativer Vergleich: Rohstoffe für rotierende Maschinen Rotierende Maschine Kupfer Seltene Erden PM Seltene Erden HTS Abbau O Gewinnung O - O Transport - O + + Herstellung O O + Verwendung O Entsorgung + O O Recycling / + -

23 Zusammenfassung HTS ermöglichen materialeffiziente Systeme Gewichts- und Größenreduktion um Faktor fach geringerer SE Bedarf im Vergleich zu PM Maschinen Rohstoffpreise in 3 Jahren mehr als verdoppelt Gleicher steigender Trend für alle Metalle (Kupfer, Stahl, Seltene Erden) Preisausschläge für Seltene Erden extremer und unberechenbarer the rare earth market is small, opaque, volatile, illiquid, and subject to manipulation. (Bloomberg) Ökobilanz für HTS muss erstellt werden Geringer CO 2 -Eintrag durch geringen Materialbedarf bei HTS Recycling / Entsorgung nach Verwendung erfordert besondere Beachtung

24 Übersicht Danke für Ihre Aufmerksamkeit Dr. Michael Bäcker Deutsche Nanoschicht GmbH Heisenbergstr Rheinbach

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